תקשורת בעולם ה-IOT חלק א'
במאמר הקודם בחנו מהם הגורמים שהשפיעו על הצמיחה המואצת של עולם "האינטרנט של הדברים" (IOT). בין הגורמים המרכזיים מנינו את פריצת הדרך בתחום הביג-דאטה אשר הביאה יכולות לעיבוד המידע שנאסף ממספר גדול מאד של חיישנים (לעיתים עשרות אלפים) באופן רציף ובזמן אמת. עם ההתקדמות בפריסת חיישנים נתקלו מי שהקדימו להיכנס לתחום בבעיה קשה: טכנולוגיות התקשורת הזמינות לא נתנו מענה טוב ויעיל לצרכים המיוחדים.בעולם התקשורת של ה-IOT קיימת חלוקה גסה בין 2 סוגי חיישנים עיקריים:
חיישנים רחבי-סרט (Broadband) – חיישנים הדורשים פס-רחב לצורך העברת מידע. העיקרי שבהם הוא מצלמת וידאו.
חיישנים צרי-סרט (Narrowband) – חיישנים הצורכים פס-צר להעברת מידע. כאן נמצאים רוב החיישנים: חיישני חניה, טמפרטורה, מונים (חשמל, מים, גז וכד')
בחלק זה של המאמר נתמקד בפתרונות התקשורת לתחום החיישנים צרי-הסרט.
מאחר ורוב החיישנים בקטגוריה זו דומים מבחינת אפיון התקשורת שלהם, נתמקד בחיישן אחד, חיישן חנייה, לצורך המחשת האתגר התקשורתי.
חיישן חנייה הוא מתקן המקובע לרצפת החנייה ומשדר אות למרכז כאשר מכונית עומדת מעליו או כאשר מכונית אשר עמדה מעליו עוזבת אותו. כלומר "חניה תפוסה" או "חניה פנויה".
לא נוכל במסגרת מאמר זה להעמיק בפרטי הטכנולוגיה שבה עושים שימוש בתוך החיישן. רק נציין שלאחר שעבר מס' דורות של שיפורים ושכלולים החיישן עושה שימוש בשלושה חיישנים נפרדים כדי לבצע זיהוי של רכב ומדווח בדיוק גבוה למדי.
בהנחה שהחיישנים נפרסים בכמות גדולה מאד ברחובות העיר, הדרישות מאותו חיישןמלבד עמידות פיסית בעומסים ובתנאי מזג-אוויר הן:
1- מקור אנרגיה עצמאי (סוללה) – אין שום אפשרות כלכלית מעשית לחבר מקור מתח חיצוני לכל חיישן.
2- יכולת שידור וקליטה של מס' קילומטרים – כדי לקיים קשר עם בסיס איסוף מקומי שמחובר למקור מתח קבוע וקו תקשורת פיזי/סלולארי המאפשר לו להעביר את המידע הנאסף לכל מקום בעולם.
לרשות המתכננים עמדו עד לא מזמן מגוון של טכנולוגיות אלחוטיות על-מנת לבצע את הקישור בין החיישן לנקודת האיסוף. כמובן שבפריסה עירונית רחבה, הוקמו מס' נקודות איסוף. המספר נקבע ע"פ טווח השידור/קליטה היעיל של החיישנים בכל איזור.
נבחן כעת את הטכנולוגיות הזמינות והתאמתן לפתרון:
קישור סלולארי:
קישור זה אינו ישים בפתרון זה. הסיבה היא צריכת האנרגיה הגבוהה של יחידת הקצה. שימוש בטכנולוגיה זו משמעותה החלפה/טעינה של הסוללה בכל מס' ימים או חיבור של היחידה למקור מתח חיצוני. שתי האופציות אינן מעשיות מבחינה כלכלית.
רשת WIFI :
טכנולוגיה זו נוסתה ונפסלה מכמה סיבות. גם כאן נמצא שצריכת האנרגיה של יחידת הקצה גבוהה ובנוסף, הטווח היעיל הוא של עד 100 מטרים. טווח כזה מחייב הקמת מס' רב של נק' איסוף. שוב לא כלכלי.
רשת (BLE (Bluetooth:
טכנולוגיה זו עונה אמנם לדרישה לצריכה נמוכה של אנרגיה אך טווח השידור היעיל קצר מאד. גם כאן לא נמצא מענה מלא.
הפתרונות שיושמו היו ברוב המקרים שילוב של 3 הטכנולוגיות יחד. החיישנים "דיברו" זה עם זה בטכנולוגיית BLE. כל חיישן העביר למעשה את המידע שלו לחיישן הצמוד אליו והחיישן האחרון קושר ב- WIFI לנקודת האיסוף. בנקודה האיסוף חובר מכשיר סלולארי שהעביר את המידע למרכז.
השיטה נתנה מענה טוב יחסית אך הצריכה הקמה של מס' יחסית רב של נקודות איסוף. בדר"כ על עמודים בקצה הרחוב. כמו-כן הפתרון היה רגיש לתקלות מהסיבה שהתקשורת של כל חיישן הייתה תלויה בחיישנים אחרים.
ברור היה לכל העוסקים בנושא שנדרשת שיטת תקשורת ייעודית לעולם "הדברים של האינטרנט". הדרישות מאותה שיטה הן:
שבצד החיישן
צריכת אנרגיה מינימלית ממקור פנימי. כלומר, סוללה שתחזיק ללא צורך בהחלפה למס' שנים.
טווח של מס' ק"מ בין החיישן לבין נק' האיסוף כדי להפחית ככל שניתן את כמות נק' האיסוף (Gateway) הנדרשות לאיסוף המידע מהחיישנים.
בצד הרשת
תמיכה בעשרות אלפי חיישנים בכל נק' גישה לרשת.
"רישום" מהיר של חיישנים חדשים לרשת.
ניהול מלא של החיישנים
הצפנת מידע איכותית מקצה לקצה
הפוטנציאל העצום שטמון בשליטה ברשת בעלת תקן בינלאומי הביא חברות גדולות להשקיע משאבים רבים בפיתוח פתרונות רשת.
כיום קיימים 3פתרונות מובילים. התחום נקרא Low Power Wide Area Network ובקיצור LPWAN.
הפתרונות דומים (אך לא זהים) זה לזה מבחינה טכנולוגית ונבדלים זה מזה בגורם ובמודל הכלכלי שעומד מאחורי כל-אחד מהם. הפתרון הטכנולוגי מבוסס על הקשר המשולש המוכר לכל מי שעוסק ברשתות אלחוט בין שלושה מרכיבים: טווח, רוחב-פס וצריכת אנרגיה. דהיינו, ככל שמגדילים את טווח השידור ואת רוחב-הפס עולה צריכת האנרגיה ולהיפך. אם נחזור לרגע לדרישות החיישנים מבחינת התקשורת נראה שאפשר לפעול ברוחב-פס צר יחסית (Kbs בודדים) ברוב המכריע של החיישנים. הויתור על-רוחב הפס מאפשר "להרויח" חזרה בצריכת אנרגיה נמוכה בטווח שידור בינוני.
נסקור כעת את הפתרונות המובילים:
רשת SigFox
מפעיל רשת צרפתי שנוסד בשנת 2009 ומציע פתרון מלא מקצה לקצה תמורת דמי-מנוי קבועים. המפעיל משקיע בהקמת מגדלי תקשורת (בדומה לתרנים סלולאריים) לכיסוי שטח מדינה שלם ומלא ואז מציע את שירותי הקישוריות לרשויות מקומיות, ממשלה, גורמי תעשיה, חקלאות וכד'. השירות ניתן כקישוריות מלאה מהחיישן ועד לענן הלקוח בתמורה לדמי-מנוי קבועים לכל קישור.
נכון להיום פרושה הרשת ב-60 מדינות ומכסה 5 מיליון קמ"ר (ע"פ נתוני המפעיל).
לישראל טרם הגיעה הרשת וספק רב אם תגיע אי-פעם. כפי שנראה בהמשך קמו לה מתחרות משמעותיות שזוכות להצלחה רבה.
רשת Narrowband-IOT
או בשמה החדש ממרץ 2019 LTE-M היא ענף של רשתות LTE הסלולאריות שפותח ע"י חב' 3GPP. ככזו, היא מתאימה ליישום בעיקר ע"י מפעילים סלולאריים. נכון לכתיבת שורות אלו, הרשת אומצה ע"י יותר מ-100 מפעילים סלולאריים ברחבי העולם.
בפברואר 2018 השיקה פלאפון 2 רשתות מבוססות NB-Iot+LTeM ועליהם היא משווקת חבילות של שירותים לעסק חכם. בסמוך לאותו מועד הכריזה סלקום על פריסת רשת דומה.
כרגע המודל הכלכלי שבו נמכר השירות לציבור הוא מודל "שירות מנוהל". כלומר, הלקוח מקבל את כל השירות מקצה לקצה מהספק. השירות כולל חיישנים, רכזת, קישוריות וממשק ניהול והתראה אינטרנטי כולל מהנייד.
עם השקת רשתות הדור החמישי, קישוריות IOT עומדת לקבל חיזוק משמעותי. מי שמתעמק בסנקציות שנוקט כיום הממשל האמריקני כנגד חברת וואווי יכול לראות שהנושא נמצא בלב העניין. הממשל חושד שהחברה הכניסה אמצעי ריגול והשתלטות מרחוק למתגי הסלולאר שהיא מוכרת למערב. בעיקר בתחום ה- IOT.
רשת LoraWan
היא רשת המבוססת על טכנולוגיה שפותחה ע"י חב' Cycleo מצרפת ונרכשה ע"י חב' סמטק (Semtech) בשנת 2012. סמטק היא יצרנית שבבים אמריקנית. בשונה מהפתרונות הקודמים שסקרנו, כאן אין מפעיל רשת הנמצא מאחורי הטכנולוגיה והיא למעשה קוד פתוח הזמין לכל מפעיל ויצרן של ציוד ובתנאי שיעשה שימוש בשבב הרדיו מתוצרת סמטק.
לצורך הנגשת והפצת השימוש בטכנולוגיה, הוקם פורום (Lora Alliance) של חברות מובילות בשוק הייצור של חומרה ותוכנה אשר מתכנס ומחליט על התקנים הרלבנטים לשימוש ברשת. הפורום צומח במהירות וכולל כיום מעל 500 חברות. העובדה כי לטכנולוגיה אין בעלים שהוא מפעיל תקשורת כלשהו פותחת למעשה את היכולת בפני כל-אחד להיות מפעיל. זאת כמובן במגבלות השימוש בתדרי הרדיו בכל מדינה.
ברחבי האינטרנט קמו פלטפורמות שמארחות (חלקן בחינם) מפעילי אתרי-גישה ( Gateways או Nodes ) ומספקות את הקישוריות אל החיישנים המקושרים לאותן נק' גישה. סביב אותן פלטפורמות קמו קהילות של משתמשים המשתפים מידע ופתרונות ביניהן. אחת הבולטות שבהן היא The Things Network המתגאה בכ-8,000 נק' גישה המחוברות אליה.
בישראל חברות בזק וסלקום קיבלו רישיון מוגבל ממשרד התקשורת לקיים "ניסוי" בטכנולוגית lorawan.
לסיכום, המירוץ נמצא בעיצומו. חברות בכל העולם משקיעות בפתרונות שונים סכומי עתק מתוך הבנה שמדובר בשוק צומח. לא ניתן לציין עליונות בולטת גורפת או מובהקת לטכנולוגיה מסויימת. באזורים שונים בעולם טכנולוגיות מסוימות מועדפות על-פני אחרות. לפיכך קשה לחזות איזו מהטכנולוגיות (אם בכלל) תנצח בטווח הארוך. עם-זאת, קיימת אינדיקציה שניתן לקבל מניסיון העבר. בשווקים רבים בהן התחרו טכנולוגיות שונות על לב הצרכנים, ניצחו בטווח הארוך אותם יצרנים שהצליחו להציע מגוון גדול ונגיש של פתרונות ללקוחות במחיר נמוך. כיום טכנולוגיית LoraWan מצליחה בכך יותר מהאחרות. כדי להבין זאת, מספיק להיכנס לאתר מכירות ברשת כגון AliBaba ולהזין בשורת החיפוש LoraWan ומייד קופץ מבחר עצום של חיישנים, ציוד גישה, מודולי רדיו וכד' וכל זאת במחירים זולים מאד
תקשורת בעולם ה-IOT חלק א'
במאמר הקודם בחנו מהם הגורמים שהשפיעו על הצמיחה המואצת של עולם "האינטרנט של הדברים" (IOT). בין הגורמים המרכזיים מנינו את פריצת הדרך בתחום הביג-דאטה אשר הביאה יכולות לעיבוד המידע שנאסף ממספר גדול מאד של חיישנים (לעיתים עשרות אלפים) באופן רציף ובזמן אמת. עם ההתקדמות בפריסת חיישנים נתקלו מי שהקדימו להיכנס לתחום בבעיה קשה: טכנולוגיות התקשורת הזמינות לא נתנו מענה טוב ויעיל לצרכים המיוחדים.בעולם התקשורת של ה-IOT קיימת חלוקה גסה בין 2 סוגי חיישנים עיקריים:
חיישנים רחבי-סרט (Broadband) – חיישנים הדורשים פס-רחב לצורך העברת מידע. העיקרי שבהם הוא מצלמת וידאו.
חיישנים צרי-סרט (Narrowband) – חיישנים הצורכים פס-צר להעברת מידע. כאן נמצאים רוב החיישנים: חיישני חניה, טמפרטורה, מונים (חשמל, מים, גז וכד')
בחלק זה של המאמר נתמקד בפתרונות התקשורת לתחום החיישנים צרי-הסרט.
מאחר ורוב החיישנים בקטגוריה זו דומים מבחינת אפיון התקשורת שלהם, נתמקד בחיישן אחד, חיישן חנייה, לצורך המחשת האתגר התקשורתי.
חיישן חנייה הוא מתקן המקובע לרצפת החנייה ומשדר אות למרכז כאשר מכונית עומדת מעליו או כאשר מכונית אשר עמדה מעליו עוזבת אותו. כלומר "חניה תפוסה" או "חניה פנויה".
לא נוכל במסגרת מאמר זה להעמיק בפרטי הטכנולוגיה שבה עושים שימוש בתוך החיישן. רק נציין שלאחר שעבר מס' דורות של שיפורים ושכלולים החיישן עושה שימוש בשלושה חיישנים נפרדים כדי לבצע זיהוי של רכב ומדווח בדיוק גבוה למדי.
בהנחה שהחיישנים נפרסים בכמות גדולה מאד ברחובות העיר, הדרישות מאותו חיישןמלבד עמידות פיסית בעומסים ובתנאי מזג-אוויר הן:
1- מקור אנרגיה עצמאי (סוללה) – אין שום אפשרות כלכלית מעשית לחבר מקור מתח חיצוני לכל חיישן.
2- יכולת שידור וקליטה של מס' קילומטרים – כדי לקיים קשר עם בסיס איסוף מקומי שמחובר למקור מתח קבוע וקו תקשורת פיזי/סלולארי המאפשר לו להעביר את המידע הנאסף לכל מקום בעולם.
לרשות המתכננים עמדו עד לא מזמן מגוון של טכנולוגיות אלחוטיות על-מנת לבצע את הקישור בין החיישן לנקודת האיסוף. כמובן שבפריסה עירונית רחבה, הוקמו מס' נקודות איסוף. המספר נקבע ע"פ טווח השידור/קליטה היעיל של החיישנים בכל איזור.
נבחן כעת את הטכנולוגיות הזמינות והתאמתן לפתרון:
קישור סלולארי:
קישור זה אינו ישים בפתרון זה. הסיבה היא צריכת האנרגיה הגבוהה של יחידת הקצה. שימוש בטכנולוגיה זו משמעותה החלפה/טעינה של הסוללה בכל מס' ימים או חיבור של היחידה למקור מתח חיצוני. שתי האופציות אינן מעשיות מבחינה כלכלית.
רשת WIFI :
טכנולוגיה זו נוסתה ונפסלה מכמה סיבות. גם כאן נמצא שצריכת האנרגיה של יחידת הקצה גבוהה ובנוסף, הטווח היעיל הוא של עד 100 מטרים. טווח כזה מחייב הקמת מס' רב של נק' איסוף. שוב לא כלכלי.
רשת (BLE (Bluetooth:
טכנולוגיה זו עונה אמנם לדרישה לצריכה נמוכה של אנרגיה אך טווח השידור היעיל קצר מאד. גם כאן לא נמצא מענה מלא.
הפתרונות שיושמו היו ברוב המקרים שילוב של 3 הטכנולוגיות יחד. החיישנים "דיברו" זה עם זה בטכנולוגיית BLE. כל חיישן העביר למעשה את המידע שלו לחיישן הצמוד אליו והחיישן האחרון קושר ב- WIFI לנקודת האיסוף. בנקודה האיסוף חובר מכשיר סלולארי שהעביר את המידע למרכז.
השיטה נתנה מענה טוב יחסית אך הצריכה הקמה של מס' יחסית רב של נקודות איסוף. בדר"כ על עמודים בקצה הרחוב. כמו-כן הפתרון היה רגיש לתקלות מהסיבה שהתקשורת של כל חיישן הייתה תלויה בחיישנים אחרים.
ברור היה לכל העוסקים בנושא שנדרשת שיטת תקשורת ייעודית לעולם "הדברים של האינטרנט". הדרישות מאותה שיטה הן:
שבצד החיישן
צריכת אנרגיה מינימלית ממקור פנימי. כלומר, סוללה שתחזיק ללא צורך בהחלפה למס' שנים.
טווח של מס' ק"מ בין החיישן לבין נק' האיסוף כדי להפחית ככל שניתן את כמות נק' האיסוף (Gateway) הנדרשות לאיסוף המידע מהחיישנים.
בצד הרשת
תמיכה בעשרות אלפי חיישנים בכל נק' גישה לרשת.
"רישום" מהיר של חיישנים חדשים לרשת.
ניהול מלא של החיישנים
הצפנת מידע איכותית מקצה לקצה
הפוטנציאל העצום שטמון בשליטה ברשת בעלת תקן בינלאומי הביא חברות גדולות להשקיע משאבים רבים בפיתוח פתרונות רשת.
כיום קיימים 3פתרונות מובילים. התחום נקרא Low Power Wide Area Network ובקיצור LPWAN.
הפתרונות דומים (אך לא זהים) זה לזה מבחינה טכנולוגית ונבדלים זה מזה בגורם ובמודל הכלכלי שעומד מאחורי כל-אחד מהם. הפתרון הטכנולוגי מבוסס על הקשר המשולש המוכר לכל מי שעוסק ברשתות אלחוט בין שלושה מרכיבים: טווח, רוחב-פס וצריכת אנרגיה. דהיינו, ככל שמגדילים את טווח השידור ואת רוחב-הפס עולה צריכת האנרגיה ולהיפך. אם נחזור לרגע לדרישות החיישנים מבחינת התקשורת נראה שאפשר לפעול ברוחב-פס צר יחסית (Kbs בודדים) ברוב המכריע של החיישנים. הויתור על-רוחב הפס מאפשר "להרויח" חזרה בצריכת אנרגיה נמוכה בטווח שידור בינוני.
נסקור כעת את הפתרונות המובילים:
רשת SigFox
מפעיל רשת צרפתי שנוסד בשנת 2009 ומציע פתרון מלא מקצה לקצה תמורת דמי-מנוי קבועים. המפעיל משקיע בהקמת מגדלי תקשורת (בדומה לתרנים סלולאריים) לכיסוי שטח מדינה שלם ומלא ואז מציע את שירותי הקישוריות לרשויות מקומיות, ממשלה, גורמי תעשיה, חקלאות וכד'. השירות ניתן כקישוריות מלאה מהחיישן ועד לענן הלקוח בתמורה לדמי-מנוי קבועים לכל קישור.
נכון להיום פרושה הרשת ב-60 מדינות ומכסה 5 מיליון קמ"ר (ע"פ נתוני המפעיל).
לישראל טרם הגיעה הרשת וספק רב אם תגיע אי-פעם. כפי שנראה בהמשך קמו לה מתחרות משמעותיות שזוכות להצלחה רבה.
רשת Narrowband-IOT
או בשמה החדש ממרץ 2019 LTE-M היא ענף של רשתות LTE הסלולאריות שפותח ע"י חב' 3GPP. ככזו, היא מתאימה ליישום בעיקר ע"י מפעילים סלולאריים. נכון לכתיבת שורות אלו, הרשת אומצה ע"י יותר מ-100 מפעילים סלולאריים ברחבי העולם.
בפברואר 2018 השיקה פלאפון 2 רשתות מבוססות NB-Iot+LTeM ועליהם היא משווקת חבילות של שירותים לעסק חכם. בסמוך לאותו מועד הכריזה סלקום על פריסת רשת דומה.
כרגע המודל הכלכלי שבו נמכר השירות לציבור הוא מודל "שירות מנוהל". כלומר, הלקוח מקבל את כל השירות מקצה לקצה מהספק. השירות כולל חיישנים, רכזת, קישוריות וממשק ניהול והתראה אינטרנטי כולל מהנייד.
עם השקת רשתות הדור החמישי, קישוריות IOT עומדת לקבל חיזוק משמעותי. מי שמתעמק בסנקציות שנוקט כיום הממשל האמריקני כנגד חברת וואווי יכול לראות שהנושא נמצא בלב העניין. הממשל חושד שהחברה הכניסה אמצעי ריגול והשתלטות מרחוק למתגי הסלולאר שהיא מוכרת למערב. בעיקר בתחום ה- IOT.
רשת LoraWan
היא רשת המבוססת על טכנולוגיה שפותחה ע"י חב' Cycleo מצרפת ונרכשה ע"י חב' סמטק (Semtech) בשנת 2012. סמטק היא יצרנית שבבים אמריקנית. בשונה מהפתרונות הקודמים שסקרנו, כאן אין מפעיל רשת הנמצא מאחורי הטכנולוגיה והיא למעשה קוד פתוח הזמין לכל מפעיל ויצרן של ציוד ובתנאי שיעשה שימוש בשבב הרדיו מתוצרת סמטק.
לצורך הנגשת והפצת השימוש בטכנולוגיה, הוקם פורום (Lora Alliance) של חברות מובילות בשוק הייצור של חומרה ותוכנה אשר מתכנס ומחליט על התקנים הרלבנטים לשימוש ברשת. הפורום צומח במהירות וכולל כיום מעל 500 חברות. העובדה כי לטכנולוגיה אין בעלים שהוא מפעיל תקשורת כלשהו פותחת למעשה את היכולת בפני כל-אחד להיות מפעיל. זאת כמובן במגבלות השימוש בתדרי הרדיו בכל מדינה.
ברחבי האינטרנט קמו פלטפורמות שמארחות (חלקן בחינם) מפעילי אתרי-גישה ( Gateways או Nodes ) ומספקות את הקישוריות אל החיישנים המקושרים לאותן נק' גישה. סביב אותן פלטפורמות קמו קהילות של משתמשים המשתפים מידע ופתרונות ביניהן. אחת הבולטות שבהן היא The Things Network המתגאה בכ-8,000 נק' גישה המחוברות אליה.
בישראל חברות בזק וסלקום קיבלו רישיון מוגבל ממשרד התקשורת לקיים "ניסוי" בטכנולוגית lorawan.
לסיכום, המירוץ נמצא בעיצומו. חברות בכל העולם משקיעות בפתרונות שונים סכומי עתק מתוך הבנה שמדובר בשוק צומח. לא ניתן לציין עליונות בולטת גורפת או מובהקת לטכנולוגיה מסויימת. באזורים שונים בעולם טכנולוגיות מסוימות מועדפות על-פני אחרות. לפיכך קשה לחזות איזו מהטכנולוגיות (אם בכלל) תנצח בטווח הארוך. עם-זאת, קיימת אינדיקציה שניתן לקבל מניסיון העבר. בשווקים רבים בהן התחרו טכנולוגיות שונות על לב הצרכנים, ניצחו בטווח הארוך אותם יצרנים שהצליחו להציע מגוון גדול ונגיש של פתרונות ללקוחות במחיר נמוך. כיום טכנולוגיית LoraWan מצליחה בכך יותר מהאחרות. כדי להבין זאת, מספיק להיכנס לאתר מכירות ברשת כגון AliBaba ולהזין בשורת החיפוש LoraWan ומייד קופץ מבחר עצום של חיישנים, ציוד גישה, מודולי רדיו וכד' וכל זאת במחירים זולים מאד
לפרטים נוספים ויצירת קשר עם נציג אורקל
הודעתך לא התקבלה - נסה שוב מאוחר יותר
.jpeg)